大气压冷等离子体选择性引发液相活性基团及作用于微生物机理研究

Nowadays, it is evident that cold atmospheric pressure plasmas can efficiently kill various microbes, promote wound healing. In biomedical application, gas-liquid environment is formed between tissue and plasma, and the plasma will induce gas-liquid phase reactions. The products in the liquid will induce biological effects. The interaction mechanisms of plasma induced liquid products and microbes, such as the dosage of liquid-phase products (the type, content and treatment time) and the damage degree of microbes is not clear. The pulsed discharge plasma is used to study the mechanism of microbial inactivation in water in this project. Using argon as carrier gas and changing the ratio of nitrogen and oxygen, the change of reactive species content induced by plasma in liquid will be studied combined with plasma diagnosis and fluorescence probe method. Thus the type and content of liquid reactive species can be controlled by changing parameters. The changes of the content of reactive species in the cell induced by reactive species in liquid will be studied by the biological characterization methods. The inherent correlation with liquid phase reactive species dose, the change of reactive species content in cell and the degree of cell injury will be obtained by comparing the differences of cell injury induced by reactive species in cell. The bacterial mechanism of plasma induced reactive species in liquid will be clarified. It is expected that the research results can provide a theoretical basis for the precise dose control of plasma medicine, that is, the optimal therapeutic effect can be obtained by adjusting the plasma dose.

大气压冷等离子体可以杀灭各种微生物，促进伤口愈合。在生物医学应用中，组织和等离子体形成气液环境，等离子体与体液发生反应，并引发生物效应。目前等离子体引发液相产物与微生物作用机制—液相产物剂量（活性基团种类、含量、作用时间）与微生物损伤程度尚不清楚。本项目拟采用脉冲放电等离子体进行水中微生物失活机理研究。以氩气为载气，改变氮氧比，结合等离子体诊断和荧光探针方法，研究等离子体引发液相活性基团含量变化规律，进而通过参数的改变调控液相活性基团种类、含量。利用生物表征方法，明确液相活性基团诱导细胞内活性基团含量的变化规律；通过比较细胞内活性基团导致细菌损伤的差异化结果，建立等离子体引发液相活性基团剂量、细胞内部活性基团含量变化、细胞损伤程度之间的内在联系，明晰等离子体引发液相活性基团与细菌作用机理。预期研究成果可为等离子体医学剂量精确控制提供理论基础，即通过等离子体剂量调控获得最优治疗效果。

大气压低温等离子体具有气体温度低、化学活性高的特点，能有效杀灭各种微生物，促进伤口愈合、组织再生、在等离子体生物医学等方面具有巨大的潜在应用价值。在实际生物医学应用中，通常等离子体与活体组织直接接触，而活体组织表面会有体液渗出，于是在活体组织与等离子体间形成了气液相作用环境。在等离子体与液体介质作用的气液环境下，等离子体放电区产生的活性物质，与水溶液直接接触并由此产生系列物理、化学过程，生成各类液相活性物质，这些液相活性物质再与细菌及组织相互作用，从而获得期望的治疗效果。因此，气相等离子体与水溶液相互作用过程，液相活性物质的生成、由此产生的生物效应就成为等离子体医学领域中需要迫切解决的研究课题。.通过改变气体组份，结合物理诊断和化学测试与分析，选择性调控等离子体处理液相活性物质的种类与含量，研究等离子体处理液相活性物质诱导细胞内活性基团变化过程；通过生物测表征方式，得到液相活性物质诱导活性细胞内产生的活性基团与细菌损伤的内在关联。将液相活性物质产生，诱导细胞内活性基团产生，生物效应导致细菌生物损伤这三者建立关联，明晰等离子体处理液相活性物质产生及对细菌失活的作用机制。等离子体处理细菌形貌基本保持完整，而细胞膜损伤、细胞内总活性氧含量随着等离子体处理时间而增加，是造成细菌失活的主要原因。.通过这两项基础而重要的课题研究，对等离子体医学领域实际应用探索等离子体处理水溶液，引发液相活性物质种类、含量与诱导生物效应、细菌损伤之间的定量关系在等离子体医学实际应用中具有非常重要的意义：在等离子体医学治疗中，活体组织和细菌炎症组织并存，通过选择性调控液相活性物质的产生（活性物质的种类和含量），控制好等离子体处理剂量和生物损伤间内在关系，可以获得预期治疗效果同时对活体组织损伤最小。为等离子体生物医学应用中治疗剂量精确调控这个关键问题提供理论基础。